圓形堆取料機(jī)電壓壓降原因分析

摘要：基于萊蕪電廠圓形堆取料機(jī)項(xiàng)目，根據(jù)設(shè)備調(diào)試過程中出現(xiàn)電壓壓降過大的問題，結(jié)合中學(xué)物理知識(shí)，分析導(dǎo)致壓降的各種影響因素，針對(duì)各種影響因素，尋找減小電壓壓降的一些方法，提高設(shè)備性能。

關(guān)鍵詞：圓形堆取料機(jī);壓降;方法

Abstact：Based on the project of circular stacker reclaimer in Laiwu Power Plant，according to the problem of excessive voltage drop in the process of equipment debugging，combined with the physics knowledge of middle school，this paper analyzed the various influencing factors of voltage drop，and aimed at various influencing factors，looked for some methods to reduce voltage drop，improve equipment performance..

Key words：Circular Stacker Reclaimer;Voltage Drop;Method;

1 引言

圓形堆取料機(jī)是一種集堆料功能和取料功能于一體的散料輸送裝備，廣泛用于火力發(fā)電廠、鋼廠，設(shè)備的功率通常在200-500 kW，主要的沖擊性、大功率負(fù)載有堆料皮帶電機(jī)、取料刮板電機(jī)，這些電機(jī)從啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行，通常需要十幾秒，而在這短短的十幾秒，進(jìn)線動(dòng)力電纜電壓會(huì)受到大功率設(shè)備啟動(dòng)的影響，導(dǎo)致設(shè)備欠壓、不能正常啟動(dòng)、經(jīng)常性的出現(xiàn)跳閘;或是設(shè)備可以工作，但總處于低電壓運(yùn)行狀態(tài)，影響設(shè)備的安全使用壽命。以上種種情況導(dǎo)致設(shè)備不能正常運(yùn)行，給生產(chǎn)帶來不利影響。

2 圓形堆取料機(jī)概況

本項(xiàng)目圓形堆取料機(jī)的電源取自距離圓形煤倉約200米的高壓箱式變壓器，箱式變壓器的容量為800 kVA，箱式變壓器將6 kV的高壓電變?yōu)榈蛪?80 V，然后通過長(zhǎng)度約400米的銅芯電纜將動(dòng)力電源送至圓形堆取料機(jī)電氣房的總斷路器，進(jìn)線電纜的A＼B＼C三相每相均為4根95 mm?的單芯銅電纜并聯(lián)，皮帶電機(jī)與刮板電機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行，設(shè)備最大運(yùn)行功率約為450 kW。圓形堆取料機(jī)的堆料臂有皮帶電機(jī)一臺(tái)，功率為55 kW，啟動(dòng)方式為直接啟動(dòng);取料門架有刮板電機(jī)兩臺(tái)，單臺(tái)功率160 kW，啟動(dòng)方式為軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，其他機(jī)構(gòu)功率都小于30 kW。

3 圓形堆取料機(jī)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問題

在調(diào)試期間，設(shè)備夜間工作時(shí)，在刮板機(jī)啟動(dòng)的短短十幾秒鐘之內(nèi)，能看到設(shè)備上照明投光燈亮度明顯降低，取料門架上的投光燈甚至直接熄滅;在皮帶機(jī)堆料工作時(shí)，啟動(dòng)刮板機(jī)會(huì)導(dǎo)致正在堆料運(yùn)行的皮帶電機(jī)跳停。正常情況下，380 V的動(dòng)力回路，線路電壓損耗不超過本身電壓的5 %，即電壓降小于19 V，此時(shí)線路電壓不低于361 V，不會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生大的問題。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)在刮板機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候，設(shè)備上的動(dòng)力電源電壓約為336 V，電壓值已經(jīng)低于皮帶電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電壓要求，所以才會(huì)跳停。后通過現(xiàn)場(chǎng)一系列整改措施，解決了刮板機(jī)啟動(dòng)時(shí)投光燈亮度降低和皮帶機(jī)跳停的問題，保證了設(shè)備的正常使用功能。

4 圓形堆取料機(jī)壓降原因分析

雖然現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問題得到了妥善的處理，但是，為什么會(huì)出現(xiàn)電壓壓降？引起壓降的原因是什么？又該如何減小或者是避免壓降？在查閱了眾多資料后發(fā)現(xiàn)，引起電壓降的因素有很多，下面根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所收集到的資料進(jìn)行分析。

根據(jù)中學(xué)物理可知，電機(jī)供電采用的銅芯電纜是存在電阻的，有電阻勢(shì)必會(huì)進(jìn)行分壓，導(dǎo)致電機(jī)端電壓小于電源側(cè)電壓。忽略環(huán)境、溫度等其他因素，根據(jù)歐姆定律進(jìn)行推算，可以得到如下結(jié)果：

首先，計(jì)算電流：I=P/（1.732×U×cosφ） （1）

其中：P表示功率，單位kW;U表示電壓，單位V;cosφ表示功率因數(shù)，取0.85.

然后，計(jì)算線路的電阻：R=ρ×L/S???? （2）

其中：ρ表示導(dǎo)體電阻率，單位Ω·mm?/m;L表示電纜長(zhǎng)度，單位m;S表示電纜截面積，單位mm?;銅芯電纜的電阻率取0.0175 Ω·mm?/m。

最后，計(jì)算電壓壓降：ΔU=I×R????? （3）

所以ΔU=（P×ρ×L）/（1.732×U×cosφ×S）（4）

由以上推導(dǎo)公式可以看出：線路壓降和電機(jī)的功率、導(dǎo)體電阻率、供電電纜長(zhǎng)度成正比，線路壓降和供電電壓、功率因數(shù)、供電電纜截面積成反比。

5 圓形堆取料機(jī)壓降解決方法

由推導(dǎo)出的電壓壓降計(jì)算公式可知，可以減小壓降的方法有：

5.1電纜長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其電阻值越大，那么所帶來的的壓降也就越大。那么，如果在設(shè)計(jì)的時(shí)候，優(yōu)化電纜敷設(shè)路徑，減小變壓器到電機(jī)之間的距離，這樣，進(jìn)線動(dòng)力電纜的長(zhǎng)度就會(huì)變短，可以在一定程度上降低壓降。

5.2保證電機(jī)側(cè)電壓值，也可以減小壓降。圓形堆取料機(jī)正常運(yùn)行的最大電流I=450÷（1.732×0.38×0.85）=804 A，由于動(dòng)力電纜是四根相同電纜并聯(lián)，所以總電阻為單芯電纜電阻的四分之一，即R s=（0.0175×400÷95）÷4=0.0184 Ω，壓降ΔU=804×0.0184=14.8 V。一般來說，高壓變壓器會(huì)提供不同變比的抽頭供使用者選擇，本項(xiàng)目選擇的變壓器，分接頭有5檔，為±2×2.5%;通過調(diào)節(jié)變壓器輸入或者輸出側(cè)的分接頭，使變壓器的低壓側(cè)電源電壓接近400V，減去電纜電阻造成的壓降，保證最后到設(shè)備上的時(shí)候電壓不低于380V，相當(dāng)于從進(jìn)線電源上去減小壓降的影響。

5.3在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，增大供電電纜的截面積，截面積越大，相同長(zhǎng)度電纜的電阻就越小，電纜電阻所分得的電壓也就越小，這樣就可以降低電纜本身電阻分壓造成的壓降影響。

6 增加外部控制設(shè)備也能減小壓降

6.1當(dāng)然，還可以通過增加穩(wěn)壓器來保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。穩(wěn)壓器是使輸出電壓穩(wěn)定的設(shè)備。穩(wěn)壓器由調(diào)壓電路、控制電路、及伺服電機(jī)等組成。當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)，控制電路進(jìn)行取樣、比較、放大，然后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使調(diào)壓器碳刷的位置改變，通過自動(dòng)調(diào)整線圈匝數(shù)比，從而保持輸出電壓的穩(wěn)定。從它的工作原理可以看出，穩(wěn)壓器可以用來調(diào)節(jié)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)的電壓，保證設(shè)備的電壓穩(wěn)定。

6.2由現(xiàn)場(chǎng)資料可知本項(xiàng)目刮板電機(jī)采用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，其晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。所以，在設(shè)計(jì)皮帶電機(jī)時(shí)，可以通過增設(shè)軟啟動(dòng)器來減小啟動(dòng)時(shí)的壓降，減小對(duì)設(shè)備電壓穩(wěn)定性的影響。

7 影響壓降的其他因素

當(dāng)然，壓降也可能是電纜在安裝過程中或使用過程中，電纜受到外力破壞，導(dǎo)致絕緣層受損，但又不會(huì)立即造成短路的狀態(tài)，這種情況下電纜存在漏電流，所以線路電壓會(huì)降低，這就要求在施工時(shí)要注意保護(hù)好電纜;其次，電纜的電阻還與使用環(huán)境、環(huán)境溫度、安裝固定的方式有關(guān)。這些因素在設(shè)計(jì)過程中也應(yīng)該被重視，尋找到一個(gè)平衡點(diǎn)，盡可能的減小其對(duì)線路電壓的干擾。

8 結(jié)語

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，影響圓形堆取料機(jī)進(jìn)線電壓壓降的主要因素有電纜本身的電阻、動(dòng)力電纜的長(zhǎng)度、變壓器輸出的電壓。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該根據(jù)電機(jī)的大小選擇動(dòng)力電纜，動(dòng)力電纜載流量要有一定的富余量;其次，合理規(guī)劃電纜敷設(shè)路徑，縮短動(dòng)力電纜的長(zhǎng)度，保護(hù)好已經(jīng)敷設(shè)好的電纜;然后，還可以選擇適合項(xiàng)目使用環(huán)境的的變壓器分接頭，保證線路的電壓;大功率的負(fù)載盡可能的選擇降壓?jiǎn)?dòng)或者是變頻啟動(dòng)，減小啟動(dòng)電流;最后，還可以通過增加穩(wěn)壓器等外部設(shè)備來降低或者避免壓降，保證設(shè)備的運(yùn)行電壓穩(wěn)定。在設(shè)計(jì)制造安裝過程中，綜合考慮各種影響因素，并合理運(yùn)用相關(guān)方法，可以讓設(shè)備的性能得到更好的保障，讓設(shè)備更好的服務(wù)于運(yùn)行生產(chǎn)。

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[5] 人民教育出版社.《物理選修3-1》.2013

作者簡(jiǎn)介：

毛玉喜，1992年9月，男，河南新縣，助理工程師，大學(xué)本科。

（作者單位：華電曹妃甸重工裝備有限公司）